ذرات زیراتمی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
Atom.svg

ذره زیراتمی به بخشی از ذرات بنیادی و ذرات ترکیبی گفته می‌شود که کوچکتر از اتم هستند.فیزیک ذرات و فیزیک هسته‌ای بخشی از فیزیک هستند که به مطالعه این ذرات می‌پردازند.

معروفترین ذرات زیر اتمی الکترونها پروتونها و نوترونها هستند. پروتون و نوترون ذرات ترکیبی هستند که از کوارک تشکیل شده‌اند. یک پرتون از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین تشکیل شده است، ولی نوترون از یک کوارک بالا و دو کوارک پایین تشکیل شده است؛ کوارک‌ها به وسیله گلوئون به هم می‌چسبند. شش نوع کوارک متفاوت داریم('بالا'، 'پایین'، 'سر'، 'ته'، 'افسون'شگفت)، دیگر ذراتا زیراتمی فوتون و نوترینو هستند که توسط خورشید ایجاد می‌شود. بیشتر ذرات زیر اتمی از طریق بررسی پرتو کیهانی کشف شدند. از آنها در شتابدهنده‌ها استفاده می‌شود.

معرفی ذرات زیر اتمی[ویرایش]

هادرون – باریون – بوزون – فرمیون – لپتون – بوزون‌های شاخص – گلوئن – نوترینوها – موئون – مزون – کوارک – پیون و.... ذرات زیر اتمی نام دارند که در این مقاله به معرفی برخی از آنها می‌پردازیم:

هادرون‌ها (Hadrons):

ذرات زیراتمی ای هستند که از فرمیون‌هایی چون کوارک و آنتی کوارک و بوزون‌هایی چون گلوئن تشکیل شده‌اند. این ذرات نیروی قوی هسته‌ای اعمال می‌کنند.

هادرون‌ها مانند دیگر ذرات دارای عدد کوانتومی هستند. این ذرات ممکن است در دما یا فشار بسیار پایین خود به خود از بین بروند.

باریون (Baryon):

ذراتی هستند که از کوارک تشکیل شده‌اند. برای مثال پروتون از دو کوارک بالا (u) و یک کوارک پایین (d) تشکیل شده و یا نوترون از دو کوارک پایین و یک کوارک بالا تشکیل شده‌اند.

انواع باریون طبق مدل استاندارد (SM) به صورت زیر است: باریون

بوزون (Boson):

ذراتی هستند که داری اسپین صحیح هستند. اکثر بوزون‌ها می‌توانند ترکیبی باشند اما گروه بوزون‌های شاخص (Gauge Bosons) از نوع ترکیبی نیستند.

در مدل استاندارد بوزون‌ها ذراتی برای انتقال نیرو هستند که شامل فوتون‌ها (انتقال دهندهٔ الکترومغناطیس) و گراویتون (انتقال دهندهٔ گرانش) نیز می‌شوند.

اتم‌ها نیز می‌توانند بوزون باشند. برای مثال هلیم – ۴ یک بوزون با اسپین گویا است.

در کل تفاوت زیادی بین استاتیک فرمیونی (اسپین نیمه صحیح) و بوزونی وجود ندارد مگر در مورد اجرام با چگالی بالا که این مورد نیز پیرو استاتیک ماکسول – بولتزمن می‌باشد.

بر همین مبنا هم بوزون‌ها و هم فرمیون‌ها ذراتی کلاسیک شناخته می‌شوند.

بوزون‌های شاخص (Gauge Bosons):

ذرات بوزونی می‌باشند که حامل نیروهای بنیادین طبیعت می‌باشند. بوزون‌های شاخص خود ۳ دسته‌اند: فوتون‌ها – بوزون W&Z (بوزون‌هایی که بدون بار الکتریکی هستند را با Z نشان می‌دهیم و آن دسته‌ای را نیروهای ضعیف هسته‌ای دارند با W نشان می‌دهیم) و گلوئن‌ها.

گلوئن (Gluon):

ذراتی بدون جرم و خنثی از خانوادهٔ بوزون‌های شاخص هستند و دارای اسپین ۱ هستند.

این ذرات زیراتمی باعث پایدار بودن کوارک‌ها در هستهٔ اتم (پروتون‌ها و نوترون‌ها) در کنار همدیگر می‌شوند. البته جرم این ذرات از آنجاییکه بسیار کم است (MeV) از آن صرف نظر می‌شود. گلوئن

بوزون‌های W&Z:

جرم بوزون‌های Z در حدود ۹۱٫۱۸۷۶ (GeV/C2) و نوع W آن ۸۰٫۴۰۳ (GeV/C۲) می‌باشد. هردوی آنها دارای اسپین ۱ هستند و واکنش آنها از نوع ضعیف می‌باشد. این بوزون‌ها از خانوادهٔ بوزون‌های شاخص هستند.

نوترینو (Neutrino):

این ذرات از خانوادهٔ فرمیون‌ها و گروه لپتون‌ها هستند و اسپین ۰٫۵ دارند. نوترینوها اغلب تنها توسط نیروهای ضعیف و گرانش واکنش انجام می‌دهند.

مدل استاندارد پیش بینی کرده که نوترینوها بدون جرم باشند. اما در آزمایشات جرم نوترینو را گرچه بسیار کوچک اما اندازه‌گیری کرده‌اند.

نوترینوها اغلب به صورت ذرات منفرد دیده نمی‌شوند و در قالب الکترون نوترینو (۲٫۲ eV) یا میون نوترینو (۱۷۰ KeV) و تاو نوترینو (۱۵٫۵ MeV) دیده می‌شوند.

هرچند دانشمندان هنوز یکی بودن پادنوترینو و نوترینو را تایید نکرده‌اند، اما آزمایشات به روشنی این مطلب را اثبات می‌کنند. به همین دلیل در مدل استاندارد پاد این ذرات نیز تعریف شده است. (برای مثال الکترون پادنوترینو).

موئون (Muon):

این ذرات نیز از خانوادهٔ فرمیون‌ها و گروه لپتون‌ها هستند و دارای اسپین ۰٫۵ می‌باشند.

بار این ذرات همانند الکترون است و جرمشان ۱۰۵٫۶۵۸۳ (MeV/C2) می‌باشد.

اعمال واکنش در این ذرات به صورت نیروهای گرانشی و الکترومغناطیسی و همچنین نیروهای ضعیف هسته‌ای است. این ذرات دارای پاد نیز می‌باشند.

عمر این ذرات اغلب بیش از ۲٫۲ میکروثانیه نیست که همین گونه نیز از دیگر لپتون‌ها و مزون‌ها عمر بیشتری دارند.

موئون با جذب الکترون می‌تواند اتم موئونیم (Muonium) را بسازد که شعاع آن تقریباً برابر با هیدروژن است. به همین دلیل تا به حال این ذرات در اتم دیده نشده‌اند.

مزون (Meson):

مزون نوعی هادرون با اسپین صحیح می‌باشد. مزون‌ها اصولاً ترکیبی هستند به صورتیکه در آنها کوارک و آنتی کوارک هم دیده می‌شود!

مزون‌ها شامل ۳ دستهٔ اصلی منفی – مثبت و صفر می‌باشند:

مزون صفر سنگین (B0) – مزون مثبت یا پیون (?+) - مزون منفی یا کائون (K-) – مزون صفر سبک یا اتا (C?) و مزون‌های مثبت سنگین یا رو (+?). مزون

پیون (Pion):

نوعی از مزون‌ها هستند که دارای بار واحد (هم مثبت و هم منفی) می‌باشند. پیون‌ها از آن جهت مهم هستند که دارای اسپین صفر می‌باشند و سبک ترین مزون‌ها هستند.

جرم آنها ?۰ = ۱۳۴٫۹۷۶ (MeV/C۲) و ?± = ۱۳۹٫۵۷۰ (MeV/C2) می‌باشد.

کوارک‌ها (Quarks): کوآرک

این ذرات شامل ۶ نوع می‌شوند:

کوارک‌های بالا (بار ۳/۲ و جرم ۰٫۰۰۳) – Up (u)

کوارک‌های پایین (بار ۳/۱- و جرم ۰٫۰۰۶) – Down (d)

کوارک‌های ربایشی (بار ۳/۲ و جرم ۱٫۳) – Charm (c)

کوارک‌های غیر ربایشی (بار ۳/۱- و جرم ۰٫۱) – Strange (s)

کوارک‌های زیر (بار ۳/۲ و جرم ۱۷۵) – Bottom (b)

کوارک‌های فوق (باز ۳/۱- و جرم ۴٫۳) – Top (t)

دایون (Dyon):

ذراتی فرضی که هم بار الکتریکی دارند و هم بار مغناطیسی و اگر در شرایطی بار الکتریکی انها صفر باشد تک قطبی خواهند بود. به این شرایط خاص شرایط کوانتیده شدن دیراک – اشوانزیگر – اشوینگر می گویند.

(توجه کنید که این شرایط به تک قطبی هوفت – پولیاکوف بر نمی‌گردد بلکه مخصوص تک قطبی دیراک است و لازمهٔ آن تعریف هوموتوپی برای توپولوژی فضا و زمان ناپیوسته است).

اکثر تئوری‌های وحدت (GUT) وجود چنین ذره‌ای را پیش بینی کرده‌اند.

گراویتون (Graviton):

ذراتی فرضی هستند که دارای جرم و بار صفر و اسپین ۲ می‌باشند.

این ذرات بیشتر در تئوری‌های کوانتومی به عنوان نتیجه‌ای از نسبیت مطرح می‌شود.

به طوریکه QCD نیز از آنها نام می‌برد.

چنین ذراتی (بدون جرم) تا به حالا دیده نشده‌اند. بنابراین حرف زدن در مورد ویژگی‌های آنها بسیار سخت است. (مگر از طریق ریاضی که این مقاله جایگاه آن نیست).

منابع[ویرایش]

دانش و زندگی

پرتوها بردو نوعند یونیزاسیون وغیر یونیزاسیون پرتوها به دوگونه به ذرات زیر اتمی تاثیر می‌گذارند پرتوهای یونیزاسیون دربرخورد با ذرات زیر اتمی رادیکال‌های آزاد تولید کرده مثل آلفا وبتا واما پرتوهای غیر یونیزاسیون که بار نداشته وایجاد پوزش نمی‌کنند مثل اشعه گاما وایکس

پیوند به بیرون[ویرایش]